В чем заключается сущность электрошлаковой сварки?

Изучаем разновидности электрошлаковой сварки

Чаще всего сваривание металлических образцов основано на плавлении материала.

Зависимо от используемого оборудования, расходников, технических условий сварки характеристики соединенного таким способом металла изменяются.

У сварщика основная задача – это создание прочного надежного сварного шва, который впоследствии будет способен выдерживать предполагаемые нагрузки на металлическую конструкцию.

Электрошлаковая сварка часто применяется для сваривания металлических изделий значительной толщины. Данная методика используется для соединения стальных, алюминиевых, чугунных, медных заготовок, сплавов данных химических элементов.

Основное преимущество метода – возможность выполнения за одно прохождение соединения металлических заготовок большой толщины. При этом нет необходимости в настройке сварочного оборудования перед следующим прохождением шва, а также удалении шлакообразований.

Сваривание производится без снятия на кромках деталей фасок. В процессе работы можно пользоваться электродами большего сечения или же одновременно несколькими проволочными электродами малого сечения.

Благодаря этому достигается повышенная производительность процедуры.

Суть электрошлаковой сварки

Как правило, расплавленные флюсы формируют шлаки, являющиеся электрическими проводниками. В данном случае при прохождении сварного тока через массу расплавленного шлака выделяется тепловая энергия. На данном принципе и основывается электрошлаковая сварка.

Свариваемый металл электрически связан с электродом через формируемую шлаковую ванну. В этой ванне образуется тепловая энергия, температура которой больше температуры плавления проволоки, соединяемого изделия. Поэтому происходит оплавление основного, электродного металла. Плотность металла больше плотности шлака, в результате чего расплавленная металлическая масса стекает на днище расплава, формируя металлическую ванну.
Металл электрода проходит отдельными каплями сквозь жидкий шлак, при взаимодействии с которым его структура изменяется. Шлаковая ванна из-за меньшей плотности находится над металлической ванной, перекрывая тем самым взаимодействие металла с окружающим воздухом. Если скорость подачи электрода подобрать верно, между его торцом и поверхностью расплавленного металла зазор будет оставаться практически неизменным.
Для предупреждения вытекания расплавленного металла, жидкого шлака в процессе проведения сварочных работ часто применяются специальные приспособления. Это медные ползуны, которые могут быть как подвижными, так и неподвижными. Для их охлаждения используется вода. Верхний край приспособления должен быть выше поверхности жидкого шлака.
В результате последующей кристаллизации расплавленного металла внизу ванны формируется соединительный шов. Шлак, расположенный над металлической ванной, после соприкосновения с охлаждающими ползунами формирует тонкое шлаковое покрытие, которое предупреждает контакт металлической ванны с ползунами охлаждения, соответственно не образуются кристаллизационные трещины в металлическом шве.

При использовании данной методики сваривания металлических конструкций расход флюса небольшой, обычно менее 5% от веса наплавляемого металла. Легирование наплавляемого металла из-за небольшого количества шлака осуществляется за счет электрода.

В составе сварного шва основного металла может быть не более 20 процентов.

Благодаря вертикальному расположению металлической ванны, повышенной температуре, достаточно длительному времяпровождению в расплавленном состоянии металла из сварного шва лучше извлекаются неметаллические компоненты, газы.

Технология ЭШС

Процедура начинается с возбуждения дуги между электродом и кромками соединяемых металлических образцов. За счет создаваемой тепловой энергии расплавляется флюс, далее формируется шлаковая ванна. Ее уровень поднимается.

Флюс благодаря электропроводности начинает шунтировать, останавливать горение дуги.

Но нагрев, расплавление флюса при этом продолжается благодаря воздействию тепловой энергии, формирующейся за счет подаваемого электротока к жидкому шлаку.

Техника электрошлаковой сварки основана на передаче тепловой энергии от шлаковой ванны, которая не только выделяет тепло под воздействием тока, но и передает его соединяемым образцам. Связь основного и электродного металла осуществляется непосредственно через шлаковую ванну. В зависимости от свойств обрабатываемого материала на это может быть затрачено разное время.

Основное отличие методики в том, что расплавленный металл находится ниже шлака, и требует применения специальных ползунков, которые не будут допускать его растекание. Для производства ползунков используется медь, в качестве охлаждающей жидкости — вода.

Виды электрошлаковой сварки

Данная схема соединения металлов может быть разных видов, которые отличаются между собой применяемыми электродами и способом их подачи.

Первый вариант ЭШС – электроды подаются шлаковую ванну после их расплавления. Технология предусматривает сообщение в горизонтальной плоскости электродной проволоке возвратно-поступательных движений, которые равномерно обеспечивают нагрев толщины свариваемых образцов из металла.
Второй вариант ЭШС – сварное соединение при помощи пластин, электродной проволоки большого сечения. Согласно технологии электрод максимально перекрывает зазор между соединяемыми изделиями. Электроды пластинчатого типа своей формой схожи со свариваемыми поверхностями. Они закрепляются в зазоре между деталями, подаются через небольшие промежутки в шлаковую ванну, если для наполнения зазора в полном объеме не достаточно расплавленного металла. В отличие стандартной ЭШС электродной проволокой сварочное оборудование, применяемое для сварки пластинчатыми электродами, проволокой большого сечения намного проще в работе.
Третийвариант ЭШС – для сваривания металлических конструкций используется специализированный плавящийся мундштук. В этой технике одновременно используются два первых варианта ЭШС. В зазор между соединяемыми образцами вставляются и закрепляются пластины, в боковые промежутки – направляющие трубки, через которые подается электродная проволока в шлаковую ванну. Пластина на протяжении всего сварочного процесса остается неподвижной, недостающий металл для полного заполнения зазора компенсируется электродной проволокой, в результате чего соединительный шов обогащается легирующими компонентами.

Преимущества ЭШС

Сварные швы, получаемые при использовании для сварки данной методики, отличаются достаточно высоким качеством. Для улучшения структуры металла на соединительных участках швы иногда подвергаются термической обработке, благодаря которой зерна укрепляются.
Минимальный расход электроэнергии, флюса.
Высокая производительность.
Электрошлаковый переплав металла позволяет улучшить его первоначальные свойства.

Недостатки ЭШС

Сварочные работы выполняются лишь в вертикальной плоскости или с минимальным уклоном.
Не допускается остановка сварочного процесса, в противном случае не исключаются дефекты, требующие обязательного устранения. Обычно подобные соединения приходится разрывать и сваривать повторно.
Сварной шов, зона термического воздействия обладают крупнозернистой структурой.
Перед началом выполнения работ нужно подготовить технологические элементы (изготовить, установить): стартовый карман, планку, формирующие компоненты.

Несмотря на эти недостатки, все разновидности электрошлаковой сварки являются достаточно востребованными.

Электрошлаковая сварка: что это такое, особенности и принципы

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки?

Электрошлаковая сварка является востребованным способом сварного соединения элементов из стали. Его обычно используют для вертикального соединения различных конструкций и заготовок.

Во время него производится нагревание зоны плавления при помощи тепла ванны, в состав которой имеется шлак. Нагрев шлаковых масс осуществляется электротоком.

Для проведения этой технологии сварки используются специальное оборудование.

Понятие ЭШС

Перед тем как приступать к свариванию стоит узнать, в чем заключается сущность электрошлаковой сварки. При проведении этой технологии в зазор, который образуется между торцами соединяемых элементов, помещается шлаковая масса. Ее расплавление производится за счет появления электрической дуги между электродом и деталью.

В расплавленный шлак подается присадка, которая сразу же начинает расплавляться вместе с металлом по краям соединяемых заготовок.

Жидкий металл по сравнению с расплавленными шлаковыми массами имеет больший вес, по этой причине он опускается вниз и вытесняет шлаковые частицы. В нижней области зазора он постепенно застывает, а расплавленные массы поднимаются вверх. За счет этого происходит образование вертикального шва. На этом основывается сущность электрошлаковой сварки.

Особенности электрошлаковой сварки

Чтобы понять, что такое электрошлаковая сварка, стоит внимательно рассмотреть особенности процесса. Технология осуществляется в несколько этапов:

Соединяемые детали необходимо устанавливать с некоторым зазором. Его показатели могут зависеть от габаритов изделия, химической основы материала и параметров используемого тока для сварки. В зазор помещают флюс, к нему подводится электрод.
На электрод подается ток, который проходит через флюс, имеющий разный состав. Во время нагревания происходит образование шлаковой ванны, внутри которой сохраняются требуемые показатели температуры для расплавления металла.
Более легкие шлаковые массы шлак находятся сверху металла, они блокируют проникновение атмосферных воздушных масс в область сварного шва, а также увеличивают период остывания расплавленной металлической массы.
Чтобы сдержать расплавленный металл и предотвратить его вытекание, область обработки ограждают подвижными ползунами, которые выполнены из меди. Иногда могут применяться ограждающие пластины.

Важные свойства

Технология электрошлаковой сварки обладает многими положительными особенностями и свойствами, которые являются ее преимуществами.

Среди основных качеств стоит выделить:

защита соединения от воздействия атмосферного воздуха. Данную функцию выполняет шлак в жидком виде;
изменение показателей плотности тока при сварочном процессе в отличие от других методов сваривания оказывает небольшое воздействие на структуру соединения;
во время процесса отмечается невысокое кратковременное прерывание подачи тока;
за один раз можно делать соединения с любой толщиной;
можно сваривать необработанные края деталей;
наблюдается небольшой расход энергии;
низкая стоимость расходных материалов – шлака;
наблюдается высокий КПД.

Важно! Во время электрошлаковой сварки применяется не постоянный ток, как при многих других методах сваривания, а переменный.

Негативные особенности

Стоит помнить, что технология ЭШС имеет негативные качества, сварка позволяет осуществить только вертикальные сварные соединения или швы под острым углом к вертикали. Именно это является основной причиной низкой распространенности этого метода.

Процесс сварки, который уже начат, нельзя останавливать на середине, иначе могут возникнуть дефекты, неточности.

Их можно будет устранить только при полном разрыве шва и произведении сварочных работ заново. Металл соединения обладает крупнозернистой структурой.

По этой причине заготовки с данным соединением не рекомендуется применять при отрицательных температурах, их основа становится хрупкой и ломкой.

Обратите внимание! Электрошлаковый сварочный процесс требует применения большого количества оборудования. Во время него часто используются медные ползуны, которые плотно прижимаются к области соединения, а также другие вспомогательные детали.

Оборудование для ЭШС

Оборудование для электрошлаковой сварки может отличаться в зависимости от конструктивных особенностей и используемого источника питания. Специальные устройства обеспечивают перемещение электрода вдоль ванны, именно это обеспечивает ее равномерный прогрев. Ограничивающие боковые ползуны и мундштук с проволокой по мере формирования соединения поднимаются вверх.

В СССР для электрошлаковой сварки были разработаны три типа аппаратов:

Рельсовые. Они перемещаются вдоль сварного шва по вертикальным направляющим.
Безрельсовые. Они прикрепляются к обрабатываемому элементу механическим методом и перемещаются прямо по нему.
Шагающие приборы. Они передвигаются по конструкции при помощи магнитов.

Заключение

Электрошлаковая сварка – это надежный метод сваривания разных металлических заготовок. Этот метод применяется на больших производствах для соединения огромных конструкций особого значения. Но все же перед тем как начинать технологию важно изучить ее главные особенности и качества.

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки?

Существует множество видов сварки, в которых используются различные источники энергии, многие из которых являются необычными и редко используются. Электрошлаковая сварка относится к одним из таких вариантов.

Данная технология основана на том, что нагрев зоны соединения происходит при воздействии тепла шлаковой ванны. Ванна, состоящая из шлака, нагревается при помощи электрического тока.

Шлак используется в качестве защитной среды, так как он создает непроницаемую оболочку, сквозь которую внутрь не могут проникнуть водород и кислород, окисляющий зону кристаллизации.

Процесс электрошлаковой сварки

Одной из особенностей процесса является отсутствие электрической дуги для сварки. Здесь просто пускается электрический ток в шлак, который его беспрепятственно проводит.

Благодаря этому выделяется достаточное количество теплоты, которое и расплавляет кромки основного металла. Электрод, проводящий ток, погружают в шлаковую ванну.

Благодаря тому, что идет полное соприкосновение, электрическая дуга не горит, но поступление тока продолжается. Электричество протекает через расплавленный шлак.

Чаще всего сварочный процесс протекает в вертикальном положении, и шов создается снизу вверх. Между соединяемыми деталями допускается наличие зазора. Чтобы шов нормально формировался по обеим сторонам зазора, монтируются медные ползунки кристаллизирующими свойствами.

Данные свойства получаются за счет охлаждения ползунков водой. Когда шов сформирован в конкретном месте нахождения сварочной ванны, медные детали перемещаются по направлению дальнейшего пролегания шва.

Данные детали изготавливаются из меди, так как она имеет более высокую температуру плавления, чем основной металл.

Преимущества

Электрошлаковая сварка может использоваться для сварки чугуна, стали, алюминия, титана и других металлов, которые сложно поддаются свариванию.

Также эта методика отлично подходит для металлов большой толщины, которые не возьмет другая сварка. Здесь процесс соединения происходит при помощи одного прохода и не нужно рисковать с многослойным накладыванием швом.

Это ликвидирует необходимость в удалении шлака каждый раз после прохода.

Фаски на кромках не снимаются. Во время сваривания применяется как один, так и несколько проволочных электродов, причем сечение в них может быть разное. Это способствует достижению высокой производительности процесса и делает его более дешевым. Причем в сравнение с другими методами, при увеличении толщины заготовки данные показатели только растут.

Недостатки

Электрошлаковая сварка обладает определенными недостатками. Технически она может проводиться, только если толщина металла составляет от 1,6 см и выше.

Наиболее выгодным процесс сварки становится только при 4 см толщине, что далеко не всегда осуществимо в промышленной сфере.

Иногда требуется совершать дополнительную термообработку, чтобы металл шва и возле него принял те свойства, которые нужны для работы, так как они меняются под действием ЭШС.

Источник: http://svarkaipayka.ru/tehnologia/termicheskaya/elektroshlakovaya-svarka.html

Технология электрошлаковой сварки — применение, сущность процесса

Электродная сварка, получившая широкое распространение благодаря своей относительной простоте, не всегда способна обеспечить стабильное качество структуры сварного шва.

Между тем, при изготовлении некоторых видов продукции именно эта характеристика имеет важное значение.

Для того чтобы устранить существующий технологический недостаток, была разработана методика электрошлаковой сварки. Сокращённо её называют ЭШС.

Зри в корень

Сущность процесса заключается в том, что в подготовленный зазор между соединяемыми деталями помещают специальный химический состав – сварочный флюс, на который воздействуют с помощью электрической дуги.

В результате нагрева флюс расплавляется, превращаясь в шлак, который защищает зону обработки от воздействия атмосферного воздуха. При использовании этой технологии расплавленный металл остывает медленно, что создаёт благоприятные условия для формирования качественной структуры соединительного шва.

Понять, что такое электрошлаковая сварка, посмотрев видео, довольно сложно. Ведь в этом случае зрители получают представление лишь о внешней стороне процесса.

Общие принципы

Понять сущность электрошлаковой сварки проще, если рассмотреть этот процесс в упрощённом виде. Всё происходит следующим образом:

Соединяемые детали устанавливают с некоторым зазором, величина которого варьируется в зависимости от размеров изделия, химического состава материала и параметров сварочного тока. В этот зазор помещают химическое вещество, именуемое флюсом, к которому подводят электрод.
Подаваемый на электрод ток проходит через флюс, состав которого может быть различен. В результате нагрева образуется так называемая шлаковая ванна, внутри которой и поддерживается необходимая для расплавления металла температура. Более лёгкий, чем металл, шлак всегда находится сверху, блокируя поступление атмосферного воздуха к зоне формирования шва и увеличивая время остывания расплавленного металла.
Чтобы удержать расплавленные материалы от вытекания, зону обработки ограждают охлаждаемыми водой подвижными ползунами, изготовленными из меди. В некоторых случаях допускается использование остающихся на уже готовой детали ограждающих пластин.

Особый подход

Оборудование для электрошлаковой сварки имеет свои особенности. В частности, для удобства выполнения работ принято использовать не цилиндрические, а плоские или ленточные электроды. Для оптимизации рабочего процесса и достижения заданных характеристик сварного шва используются флюсы различного состава.

АН-348А. Отличающийся повышенным содержанием трёхвалентного железа, он относится к высококремнистым марганцевым составам и хорошо подходит для соединения нелегированных или низколегированных сталей.
ФЦ-7. Близкий по характеристикам и условиям применения с АН-348А он обеспечивает лучшую стабильность процесса в шлаковых ваннах малой глубины.
Флюсы АН-8, ФЦ-21, АН-22 относятся к группе низкокремнистых марганцевых смесей. Для теплоустойчивых сталей перлитного класса лучше подходит ФЦ-21, для углеродистых и низколегированных – АН-8, а для среднелегированных – АН-22.
Для сварки легированных сталей хорошо подходят низкокремнистые безмарганцевые составы, имеющие маркировку АН-9 и АН-25, пришедшие на смену разработанному ещё перед началом Второй мировой войны флюсу АН-2. Именно благодаря последнему крепко соединялись листы брони отечественных танков.
Также стоит упомянуть составы, относящиеся к группе фторидных. С помощью АНФ-5 изготавливают детали из нержавеющей стали, а использование АНФ-14 оправданно в том случае, когда идёт речь о сварке или наплавке чугуна.

Разумеется, это далеко не полный перечень флюсов, а лишь отдельные примеры, иллюстрирующие, каким образом химический состав используемых для создания шлаковой ванны веществ может влиять на параметры процесса электрошлаковой сварки.

Достоинства

У электрошлаковой сварки есть ряд несомненных достоинств, которыми нельзя пренебрегать при организации производственных процессов.

Возможность обеспечения стабильной и качественной структуры шва при соединении деталей, имеющих значительную массу и толщину.
Нет нужды в предварительном снятии фасок на кромках и последующей обработке готового изделия для удаления шлака.
В случае одновременного использования нескольких электродов появляется возможность наложения сварочного шва по всей длине за один проход, что существенно сокращает сроки работ и ускоряет производство.

Недостатки

Более широкому распространению технологии мешают её недостатки, а точнее – специфические особенности процесса.

Таким способом удаётся сваривать только вертикальные швы, что допустимо только при изготовлении деталей относительно простой формы.
Для создания необходимых условий плавления флюса и поддержания температуры шлака на заданном уровне требуется специальное оборудование.
Метод не применим, если толщина листов соединяемого металла менее 16 мм. На самом деле, даже в этом случае экономическая эффективность электрошлаковой сварки остаётся под вопросом. Действительно оправданной она становится при работе с металлом толщиной 40 мм и более, а наивысшей эффективности достигает, когда этот показатель превышает 100 мм.

Важно знать!

Собираясь использовать эту технологию, нужно сначала здраво оценить все её достоинства и недостатки. Обязательно следует учесть ряд важных моментов.

Поверхность металла в месте соединения необходимо тщательно очищать от грязи и окислений. В противном случае процесс плавления внутри шлаковой ванны будет протекать нестабильно.

Для обеспечения наилучшего качества сварного соединения температура металла должна быть максимально приближена к температуре плавления.
Появление дугового разряда в глубине шлаковой ванны или между её свободной поверхностью и электродом является распространённой причиной дефектов шва. Именно поэтому следует уделять особое внимание регулированию дуги.

Новые возможности

Нетрудно догадаться, что требующая наличия квалифицированного персонала, использования специального оборудования и имеющая ряд жёстких технологических ограничений, электрошлаковая сварка не может быть осуществлена в домашних условиях. Тем не менее, многие предприятия активно и вполне успешно применяют эту методику. Причин этому несколько.

При правильной организации процесса структура соединительного шва максимально приближается к структуре соединяемого материала, благодаря чему обеспечивается высокая прочность готовых изделий.
Эта прочность настолько велика, что во многих случаях технология электрошлаковой сварки позволяет отказаться от использования сложного оборудования, необходимого для отливки и ковки заготовок, а также их последующей обработки.
По сравнению с другими способами сварки существенно снижается расход материалов. Это важно, поскольку именно стоимость материалов составляет значительную часть стоимости конечного продукта.

Станки точны, броня крепка!

Даже с учётом всех специфических особенностей, достоинств и недостатков, область применения ЭШС широка. Более того, благодаря разработке современного оборудования этой технологии находят даже в тех областях производства, где об этом ранее не помышляли.

В тяжёлом машиностроении, где благодаря электрошлаковой сварке удаётся упростить производство сложных фундаментов и оснований. Раньше станину паровой турбины или высокоточного станка приходилось отливать, а иногда и ковать, тратя драгоценное время на длительную последующую обработку, при которой шла в отходы значительная часть материала. Сегодня подобную деталь можно заранее разбить на несколько более простых для изготовления и обработки частей, соединив их воедино с помощью ЭШС.
В строительстве, когда необходимо надёжно срастить массивные балки несущих конструкций. Возведённые с помощью такой методики небоскрёбы стоят долго.
При производстве бронетехники. Ведь, как уже было отмечено выше, именно электрошлаковая сварка используется для сваривания толстых броневых листов, защищающих экипажи и агрегаты боевых машин. Прочность такого соединения практически не отличается от прошедшего сложную обработку материала, способного противостоять различным средствам поражения.

Проверенная годами технология постоянно совершенствуется и, вполне возможно, что когда вы прочитаете эту статью, она уже выйдет на новый уровень!

Поделись с друзьями

Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/elektroshlakovaya-svarka.html

Что такое электрошлаковая сварка?

Существует множество небольших производств, где сварщиков немного, но при этом предприятие выпускает вполне качественную продукцию, да еще и большими партиями. Как им удается достичь этого? Все просто: существуют технологии сварки, отличающиеся повышенной производительностью и экономичностью, что позволяет применять их на производствах любого масштаба.

Одна из таких технологий — электрошлаковая сварка, она же ЭШС. Из этой статьи вы узнаете сущность электрошлаковой сварки, ее плюсы и минусы. Мы также расскажем, какое оборудование и расходные материалы применяются для ЭШС сварки.

Общая информация

ЭШС или электрошлаковая сварка — это метод соединения металлов, при котором тепло, плавящее металл, образуется в среде расплавленного шлака. Электрод погружается в шлак, пропуская электрический ток, который тем самым генерирует тепло в шлаке. Такой процесс не требует использования дуги. Зачастую ЭШС применяют при сварке вертикально расположенных деталей, шов ведут снизу вверх.

Разновидности

Существует несколько методов электрошлаковой сварки, их все вы можете видеть на картинке ниже. Метод «а» — ЭШС-сварка с применением одного неподвижного электрода или с небольшими колебаниями.

Метод «б» — сварка с применением двух электродов, совершающих колебательные движения. Метод «в» — сварка с применением пластинчатых электродов. Метод «г» — сварка с применением плавящегося мундштука.

Все эти методы имеет свои особенности, достоинства и недостатки, поэтому в рамках этой небольшой статьи мы не будет рассказывать обо всех видах ЭШС сварки. Скажем только, что самый популярный метод — с применением одного, реже двух электродов, которые могут быть неподвижны или совершать колебательные движения.

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки? – металлы, оборудование, инструкции

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки?

Процесс электрошлаковой сварки

Чаще всего сварочный процесс протекает в вертикальном положении, и шов создается снизу вверх. Между соединяемыми деталями допускается наличие зазора. Чтобы шов нормально формировался по обеим сторонам зазора, монтируются медные ползунки кристаллизирующими свойствами.